Photonen: Eine Einführung in Die Quantenoptik

ISBN-13: 9783519032229 / Niemiecki / Miękka / 1995 / 280 str.

Harry Paul

Opis

Die ganzen 50 Jahre bewujJter Griibelei haben mich der Antwort der Fra ge -W as sind Lichtquanten- nicht naher gebracht. H eute glaubt zwar jeder Lump, er wisse es, aber er tauscht sich ... ALBERT EINSTEIN (in einem Brief an M. BESSO vom Jahre 1951) Erfahrungsgemafi fallt es uns nicht leicht, uns von der aus unmittelbarem Erleben geborenen Vorstellung zu trennen, dafi ein jedes Ding bestimmte, uber langere Zeiten unveranderliche Eigenschaften besitzt, die einander nicht widersprechen. Bekanntlich wurde dieses scheinbar so fest gefugte Weltbild nachhaltig durch die Quantenmechanik erschuttert, die aufzeigte, dafi je denfalls im Mikrokosmos eine Einordnung der Dinge in sauberlich getrennte Schubfacher nicht moglich ist. Sie lehrt uns, dafi die element aren Objekt- und dazu zahlt auch das Licht - eine verbluffende Gabe der Verwandlung besitzen: Einmal erscheinen sie uns als Welle und einmal als Teilchen. Heutzutage ist die Optik wie keine andere Disziplin dazu geeignet, uns diesen Dualismus unmittelbar, und dazu noch im Wortsinn, vor Augen zu fuhren."

Spis treści

1 Einleitung.- 2 Historische Meilensteine.- 2.1 Lichtwellen à la Huygens.- 2.2 Newtons Lichtteilchen.- 2.3 Der Youngsche Interferenzversuch.- 2.4 Die Einsteinsche Lichtquantenhypothese.- 3 Grundzüge der klassischen Beschreibung des Lichts.- 3.1 Das elektromagnetische Feld und seine Energie.- 3.2 Intensität und Interferenz.- 3.3 Ausstrahlung.- 3.4 Spektrale Zerlegung.- 4 Quantenmechanische Aussagen über das Licht.- 4.1 Quantenmechanische Unschärfe.- 4.2 Quantelung der elektromagnetischen Energie.- 4.3 Fluktuationen der elektrischen Feldstärke.- 4.4 Kohärente Zustände des Strahlungsfeldes.- 5 Optische Detektoren.- 5.1 Lichtabsorption.- 5.2 Photoelektrischer Nachweis von Licht.- 5.2.1 Messung der mittleren Intensität.- 5.2.2 Nachweis von Schwebungen.- 5.2.3 Messung von Intensitätskorrelationen.- 5.2.4 Registrierung der Ankunftszeit einzelner Photonen.- 5.2.5 Photonenzählung.- 5.3 Photoeffekt und Quantennatur des Lichts.- 6 Spontane Emission.- 6.1 Korpuskulare Züge der Ausstrahlung.- 6.2 Der Wellenaspekt.- 6.3 Paradoxien des Emissionsvorgangs.- 6.4 Komplementarität.- 6.5 Quantenmechanische Beschreibung.- 6.6 Quantenhafte Schwebungen.- 6.7 Parametrische Fluoreszenz.- 6.8 Photonen „in Reinkultur“.- 6.9 Eigenschaften von Photonen.- 7 Interferenz.- 7.1 Strahlteilung.- 7.2 Interferenz des Photons mit sich selbst.- 7.3 Verzögerte Entscheidung.- 7.4 Interferenz zwischen unabhängigen Photonen.- 7.5 Welcher Weg?.- 7.6 Intensitätskorrelationen.- 7.7 Verformung von Photonen.- 8 Photonenstatistik.- 8.1 Messung von Sterndurchmessern.- 8.2 „Anhäufelung“ von Photonen.- 8.3 Zufällige Photonenverteilung.- 8.4 Abstand haltende Photonen.- 9 Gequetschtes Licht.- 9.1 Quadraturkomponenten des Feldes.- 9.2 Erzeugung.- 9.3 Homodyn-Nachweis.- 10 Messung von Verteilungsfunktionen.- 10.1 Die Quantenphase des Lichts.- 10.2 Realistische Phasenmessung.- 10.3 Rekonstruktion des Zustandes aus Meßdaten.- 11 Ein optisches Einstein-Podolsky-Rosen-Experiment.- 11.1 Die Zwei-Photonen-Kaskade.- 11.2 Das Paradoxon von Einstein, Podolsky und Rosen.- 11.3 Theorien mit verborgenen Parametern.- 11.4 Experimentelle Ergebnisse.- 11.5 Informationsübertragung mit Überlichtgeschwindigkeit?.- 12 Quanten-Kryptographie.- 12.1 Kryptographische Grundprinzipien.- 12.2 Abhörsicherheit und Quantentheorie.- 13 Resümee: Was wissen wir vom Photon?.- A Anhang. Formale Beschreibung.- A.1 Quantisierung eines Ein-Moden-Feldes.- A.2 Einführung und Eigenschaften der kohärenten Zustände.- A.3 Die Weisskopf-Wigner-Lösung für die spontane Emission.- A.4 Theorie der Strahlteilung und optischen Mischung.- A.5 Quantentheorie der Interferenz.- A.6 Theorie des abgeglichenen Homodyn-Nachweises.